Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

Промышленное применение компьютеров и растущий спрос на программы поставили актуальные задачи существенного повышения производительности разработки ПО , разработки индустриальных методов планирования и проектирования программ, переноса организационно-технических, технико-экономических и социально-психологических приемов, закономерностей и методов из сферы материального производства в сферу применения компьютеров. Комплексный подход к процессам разработки, эксплуатации и сопровождения ПО выдвинул ряд насущных проблем, решение которых исключит «узкие места» в проектировании программ, уменьшит сроки завершения работ, улучшит выбор и адаптацию существующих программ, а может быть и определит судьбу систем со встроенными ЭВМ.

В практике разработок больших программных проектов зачастую отсутствует единый подход к оцениванию затрат труда, сроков проведения работ и материальных затрат, что сдерживает повышение производительности разработки ПО, а в конечном счете – эффективное управление жизненным циклом ПО. Поскольку программа любого типа становится изделием (кроме, может быть, учебных, макетных программ), подход к ее изготовлению во многом должен быть аналогичен подходу к производству промышленной продукции, и вопросы проектирования программ становятся чрезвычайно важными. Эта идея лежит в основе книги Б.У. Боэма «Инженерное проектирование программного обеспечения», которую мы использовали при написании данной курсовой работы. В этой книге под проектированием ПО понимается процесс создания проекта программного изделия.

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

ЖЦПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Существует несколько подходов при определении фаз и работ жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦПО), шагов процесса программирования, каскадная и спиральная модели. Но все они содержат общие основополагающие компоненты: постановка задачи, проектирование решения, реализация, обслуживание.

Наиболее известной и полной, пожалуй, является структура ЖЦПО по Боэму, включающая восемь фаз. Она и будет представлена в дальнейшем наиболее подробно.

Одним из возможных вариантов может послужить описание верхнего уровня по Леману, включающее три основные фазы и представляющее описание ЖЦПО в самом общем случае.

И, для разнообразия, – приведем шаги процесса программирования, представленные Д.Райли в книге «Использование языка Модула-2». Это представление, по-моему, является весьма простым и привычным, с него и начнём.

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

проектирование решения уже поставленной задачи (в общем, такое решение является менее формальным, чем окончательная программа);

кодирование программы, т. е. перевод спроектированного решения в программу, которая может быть выполнена на машине;

сопровождение программы, т.е. непрекращающийся процесс устранения в программе неполадок и добавления новых возможностей.

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающийпрограммист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

В случае большого программного проекта число пользователей, системных аналитиков и алгоритмистов может оказаться значительным. Кроме того, может возникнуть необходимость вернуться к предшествующим шагам в силу непредвиденных обстоятельств. Все это служит дополнительным аргументом в пользу тщательного проектирования программного обеспечения: результаты каждого шага должны быть полными, точными и понятными.

1.1.1 Постановка задачи

Одним из наиболее важных шагов программирования является постановка задачи. Она выполняет функции контракта между пользователем и программистом (программистами). Как и юридически плохо составленный контракт, плохая постановка задачи бесполезна. При хорошей постановке задачи как пользователь, так и программист ясно и недвусмысленно представляют задачу, которую необходимо выполнить, т.е. в этом случае учитываются интересы как пользователя, так и программиста. Пользователь может планировать использование еще несозданного программного обеспечения, опираясь на знание того, что оно может. Хорошая постановка задачи служит основой для формирования ее решения.

Постановка задачи (спецификация программы ); по существу, означает точное, полное и понятное описание того, что происходит при выполнении конкретной программы. Пользователь обычно смотрит на компьютер, как на черный ящик: для него неважно, как работает компьютер, а важно, что может компьютер из того, что интересует пользователя. При этом основное внимание фокусируется на взаимодействии человека с машиной.

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Точность , т.е. исключение любой неоднозначности. Не должно возникать вопросов относительно того, каким будет вывод программы при каждом конкретном вводе.

Полнота , т.е. рассмотрение всех вариантов для заданного ввода, включая ошибочный или непредусмотренный ввод, и определение соответствующего вывода.

Ясность , т.е. она должна быть понятной и пользователю и системному аналитику, поскольку постановка задачи – это единственный контракт между ними.

Часто требование точности, полноты и ясности находятся в противоречии. Так, многие юридические документы трудно понять, потому что они написаны на формальном языке, который позволяет предельно точно сформулировать те или иные положения, исключая любые самые незначительные разночтения. Например, некоторые вопросы в экзаменационных билетах иногда сформулированы настолько точно, что студент тратит больше времени на то, чтобы понять вопрос, чем на то чтобы на него ответить. Более того, студент вообще может не уловить основной смысл вопроса из-за большого количества деталей. Наилучшая постановка задачи та, при которой достигается баланс всех трех требований.

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

Такая постановка не удовлетворяет приведенным выше требованиям: она не является ни точной, ни полной, ни понятной. Действительно, должны ли числа вводиться по одному на строке или все числа на одной строке? Означает ли выражение «в порядке» упорядочение от большего к меньшему, от меньшего к большему или тот же порядок, в каком они были введены.

Очевидно, что подобная постановка не отвечает на множество вопросов. Если же учесть ответы на все вопросы, то постановка задачи станет многословной и трудной для восприятия. Поэтому Д. Райли предлагает для постановки задачи пользоваться стандартной формой, которая обеспечивает максимальную точность, полноту, ясность и включает:

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

ошибки (явно перечислены необычные варианты ввода, чтобы показать пользователям и программистам те действия, которые предпримет машина в подобных ситуациях);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

Вводятся три целых числа по одному числу на строке. При этом целым числом является одна или несколько последовательных десятичных цифр, которым может предшествовать знак плюс «+» или знак минус «–».

Выводятся три введенных целых числа, причем все три выводятся на одной строке. Смежные числа разделяются пробелом. Числа выводятся от меньшего к большему, слева направо.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

2) Строки ввода, кроме первых трех, игнорируются.

3) Если какая-либо из первых трех строк содержит более одного целого числа, то программа завершает работу и выдает сообщение.

ОШИБКА ВВОДА – допускается только одно целое число на строке.

ввод ® – 3

Этот шаг программирования является наиболее трудным. На данной стадии постановка задачи должна быть превращена в алгоритм. Поэтому алгоритмист должен обладать достаточным опытом программирования и подходить к каждой новой задаче, опираясь на твердо установленную методику проектирования. К сожалению, в настоящее время все большие программы содержат ошибки, что приводит к скверным проектам. Плохие проекты в свою очередь являются следствием сложности задач и использования неадекватных методов проектирования. Чтобы избежать ошибок в программах, алгоритмисты должны использовать тщательно разработанные процедуры конструирования, основанные на правилах логического вывода.

Существуют две основные модели вывода:

Первая модель известна как дедуктивный вывод. Эту форму логического мышления обессмертил знаменитый сыщик Шерлок Холмс. Дедуктивная логика применяет общие правила к конкретным случаям. Например, Холмс мог вывести конкретное утверждение «Дворецкий является убийцей» из более общих сведений «Убийца-блондин», а «Дворецкий является единственным блондином, которого можно подозревать».

Вторая модель – это индуктивный вывод, который является противоположностью дедуктивному выводу. Индуктивная логика извлекает общие заключения из отдельных случаев. Например, индуктивный вывод может быть использован, чтобы обосновать общее заключение «солнце поднимается на востоке» на основании многих отдельных наблюдений того, что солнце всегда поднималось на востоке.

Эти два процесса вывода умозаключений – дедукция (от общего к частному) и индукция (от частного к общему) – тесно связаны с двумя наиболее широко распространенными методами проектирования: «сверху вниз» и «снизу вверх». Подобно дедукции, проектирование «сверху вниз» начинается с большой задачи, которая разбивается на подзадачи. Например, проектировщик нового холодильника-морозильника на основании исходного множества спецификаций агрегата (т.е. постановки задачи) должен дать детальные схемы и спецификации окончательного продукта (т.е. проект).

Если при этом он использует метод проектирования «сверху вниз», то единственная задача проектирования может быть разбита на две меньшие подзадачи: (1) проектирование холодильного агрегата и (2) проектирование морозильника.

Однако можно воспользоваться методом проектирования «снизу вверх» и начать с проектирования холодильного компрессора, а затем охлаждающих труб, агрегата или холодильной камеры. В таком случае этот выбор будет налагать определенные ограничения на весь проект.

Задача проектировщика – создание алгоритма, выполняющего функции связующего звена между постановкой задачи и готовой для исполнения программой. Проверку созданного алгоритма, т. е. насколько последний отражает постановку задачи, осуществляет системный аналитик. В силу этого и системный аналитик, и проектировщик должны уметь читать и понимать алгоритм. Каждый алгоритм записывается на некотором псевдоязыке. Алгоритмы, называемые также псевдокодами, не могут быть выполнены ни на каком компьютере.

Работа кодировщика заключается в переводе алгоритма в программу. Для создания полной, точной и понятной программы необходимы соответствующие методы записи программ. Например, кулинарные рецепты обычно записываются на естественных языках, таких, как английский, французский, русский или японский. Программы же пишутся на языках программирования. В настоящее время ни один из естественных языков нельзя использовать в качестве языка программирования, так как они чересчур сложны, чтобы их могли «понимать» машины. В отличие от естественных, языки программирования созданы специально для такого представления решения задачи, которое может быть выполнено компьютером.

Прежде чем завершить работу, кодировщик должен убедиться, что программа соответствует псевдокоду. Затем системный аналитик, алгоритмист и, что самое главное, пользователь должны протестировать и подтвердить, что она работает правильно. После этого можно считать, что программа готова для передачи пользователю в комплекте со всей необходимой документацией.

Однако на этом программирование не заканчивается; далее следует шаг сопровождения. Дело в том, что в программе могут быть ошибки, обусловленные либо неадекватной постановкой задачи, либо тем, что проект не удовлетворяет постановке задачи или программа не соответствует проекту. Какова бы ни была причина, пользователь вправе потребовать корректировки программы, поскольку он не представлял, что программа будет работать таким образом. Исправление ошибок является одной из главных задач сопровождения программ. Другой не менее важной задачей сопровождения программ является ее модификация, т. е. добавление в программу новых возможностей или изменение существующих. Пользователь может изменить требования к работе программы, что, в свою очередь, приведет к необходимости ее переписать. Сложность операций по сопровождению программы зависит от типа изменений, которые должны быть сделаны: в худшем случае может потребоваться полная переработка программы от постановки до кодирования. Обычно на сопровождение программы затрачивается большее время, чем на ее создание.

Последней составляющей процесса программирования является документирование. Оно включает широкий спектр описаний, облегчающих процесс программирования и обогащающих результирующую программу. Постоянное документирование должно составлять неотъемлемую часть каждого шага программирования. Постановка задачи, проектные документы, алгоритмы и программы – все это документы. Внутренняя документация, включенная непосредственно в программу, облегчает чтение кода. Назначение учебного пособия (еще одной формы документации) – научить пользователя применять новую программу; справочное руководство позволяет ознакомиться с описанием команд программного обеспечения.

Вывод к п.1.1.

Согласно модели, представленной в данной главе, программирование можно разделить на четыре шага: постановку задачи, проектирование решений, кодирование программы, сопровождение программы. Дополнительно модель включает документирование программы как действия, которые необходимо выполнять в течение всего процесса программирования.

Модель программирования построена специально для решения больших проблем, так как именно они представляют интерес для специалистов в области информатики. Тем не менее, на практике важно использовать тщательно выбранные инженерные методики проектирования программ независимо от размера задач: навыки, приобретенные в процессе решения более мелких задач, могут быть закреплены и успешно реализованы при решении больших задач.

определения;

реализации;

обслуживания.

1.2.1 Определение системы

Процесс создания ПО начинается с практических изысканий, ведущих к системному анализу, задача которого состоит в определении общих требований к системе и программам. Такой анализ должен, прежде всего, установить реальные потребности и цели и по возможности выявить имеющиеся методы, позволяющие достичь поставленной цели. При необходимости анализ может основываться на математических или иных формальных схемах. Считается, что при любом подходе указанный анализ должен иметь определенную структуру и проводиться в соответствии с некоторой теорией. Анализ и внесение уточнений, осуществляемые совместно с аналитиками и потенциальными пользователями, должны привести к выработке окончательной спецификации требований.

Процесс составления такой спецификации имеет целью получение правильного технического задания, полного в смысле отражения требований и согласованного с определением реализации. За составлением спецификаций следует фаза проектирования, смысл которой состоит в идентификации и структуризации данных, их преобразовании и организации их передачи. Кроме того, на этой фазе необходимо добиться в определенном смысле оптимального распределения функции системы, выбрать алгоритм и процедуры, а также обозначить системные компоненты и связь между ними.

Завершив проектирование можно начинать реализацию системы. Однако на практике фаза проектирования и реализации перекрываются. Таким образом, по мере осуществления иерархического процесса разбиения анализ некоторых элементов системы может быть признан достаточно полным для перехода к реализации, в то время как другие элементы требуют дальнейшего уточнения.

В ходе процесса реализации необходимо устанавливать правильность программы. Современные процедуры большей частью основаны на тестировании, хотя в последние годы расширилось использование методов сквозного структурного контроля и аттестации программ.

В любом случае, тестирование посредством исполнения программы обычно осуществляется снизу вверх, в начале на блочном (модульном или процедурном уровне), затем функционально, компонент за компонентом. По мере проверки отдельных компонентов они объединяются в систему в процессе ее компоновки, после чего начинаются системные испытания. В конечном итоге, после того как независимо будет удостоверено качество функционирования системы и оценены ее параметры, она считается готовой к выпуску.

1.2.3 Обслуживание

Процесс обслуживания начинается сразу после выпуска системы. Ошибки подлежат выявлению и исправлению. Если нормальной работе пользователя препятствует ошибка, то ошибочную программу можно временно исключить из системы или же внести временные или постоянные исправления в некоторые или во все используемые системы. Постоянное исправление или изменение можно затем внести в новый выпуск системы. Для того чтобы учесть все изменения и их комбинации, создаются многочисленные версии системных элементов. Главной задачей становится управление системной конфигурацией. Решающая роль в управлении программирования принадлежит вспомогательным службам, которые автоматически собирают и регулируют все изменения в системе.

Вывод к п.1.2.

Метасистема, в рамках которой развивается программа, содержит существенно большее количество контуров обратной связи, чем указано выше. Многие виды деятельности перекрываются, сложным образом переплетаются и систематически повторяются. Поэтому достаточно обоснована модель ЖЦПО представленная Боэмом.

1.3 Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

Каскадная модель была введена в 70 – 80 гг. Она удобна для однородных ПП, когда каждое приложение представляло собой единое целое.

Основные характеристики модели:

Жизненный цикл разбивается на этапы (фазы);

Переход с этапа на этап – только после полного завершения текущего этапа;

Этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы работа могла быть выполнена другой командой разработчиков.

Главные характерные черты каскадной модели следующие:

завершение каждой фазы верификацией и подтверждением, цель которых – устранить возможно большее число проблем, связанных с разработкой изделия;

циклические повторения реализованных фаз с возможно более ранней фазы.

Рис.2. Каскадная модель ЖЦПО.

В каскадной модели успешное окончание одной из фаз ЖЦПО означает достижение соответствующей цели инженерного программирования (см. п. 2.4.). К этим подцелям необходимо добавить еще две:

Детальная проектируемость – получение полных верифицированных спецификаций и структур управления и данных, интерфейсных связей, характеристик, основных алгоритмов и определение условий работы каждого программного компонента.

Кодируемость – получение полного, верифицированного набора компонентов программы.

Основные достоинства:

Формирование полного набора проектной документации в конце работы над этапом. Документация отвечает критериям полноты и завершенности;

Возможность планирования сроков и затрат. Для целого ряда ПП эта модель реализуема – это для систем, для которых на этапе анализа можно точно и полно сформировать все требования. Например, сложные вычислительные программы.

Основные недостатки:

Большие сроки от анализа до завершения;

Требования к ПО «заморожены» в виде ТЗ до конца разработки.

1.3.2 Экономическое обоснование каскадной модели

Не углубляясь в экономический анализ, которому Б.У. Боэм уделяет большое внимание в книге «Инженерное проектирование программного обеспечения», скажем лишь, что экономическое обоснование каскадной модели, ориентированной на последовательное достижение целей, базируется на двух главных предпосылках:

Для получения качественного программного изделия (т.е. такого, которое в полной мере удовлетворяет всем целям требуемого программного изделия) необходимо в любом случае осуществить все подцели на каждом этапе.

Любое другое упорядочение подцелей приводит к созданию менее качественного программного изделия.

1.3.3 Усовершенствование каскадной модели

Рассмотрим одно из усовершенствований идеальной каскадной модели – пошаговую разработку.

Пошаговая разработка является усовершенствованием метода повторной разработки с созданием прототипа и поуровневой разработкой сверху – вниз. Этот метод предполагает пошаговое увеличение функциональных возможностей ПО в процессе разработки.

В качестве усовершенствованной каскадной модели пошаговая разработка успешно применялась при создании как очень больших, так и небольших программных изделий.

Главными преимуществами пошаговой разработки перед абсолютно повторной разработкой и поуровневой разработкой сверху – вниз являются следующие:

использование последовательных расширений программы обеспечивает гораздо менее дорогой способ учета в усовершенствованном изделии опыта пользователей, чем при повторной разработке;

расширение функциональных возможностей намного упрощает проверку и полезнее, чем промежуточные изделия при поуровневой разработке.

Значение пошаговой разработки заключается главным образом в изменении распределения затрат труда на проект. Вариант каскадной модели при пошаговой разработке показан на рисунке 3.

1.3.4 Определение фаз жизненного цикла

Ниже будут даны формулировки конечных целей каждой фазы для перехода к следующей фазе. Для пошаговой разработки приводимые формулировки относятся к границам фаз каждого шага расширения.

Начать фазу планирования и анализа требований. (Завершение концептуального обзора ЖЦПО.)

Получение одобренной и подтвержденной архитектуры системы с включением основных соглашений о распределении функций между аппаратурой и программами. Получение одобренного и подтвержденного общего представления об функционировании ПО с включением основных соглашений о распределении функций между человеком и системой.

Формирование общего плана ЖЦПО с определением основных этапов, ресурсов, обязанностей, сроков и главных работ.

Завершить фазу планирования и анализа требований. Начать фазу проектирования изделия. (Завершение обзора требований к ПО).

Формирование детального плана разработки: детальных показателей завершения этапов разработки, планов распределения ресурсов, схем организационной структуры, обязанностей, сроков, работ, методов и изделий.

Формирование детального плана использования: пунктов плана разработки, содержание которых ориентировано на обучение, перенос программ, внедрение, эксплуатацию и поддержание.

Формирование детального плана отладки изделия – план управления конфигурацией технического обеспечения, план контроля качества, общий план верификации и подтверждения.

Одобренная и подтвержденная спецификация требований к ПО: функциональные, технические и интерфейсные спецификации, для которых подтверждены их полнота, непротиворечивость, проверяемость и осуществимость.

Одобренный (формально или неформально) договор на разработку, основанный на приведенных выше пунктах.

Закончить фазу проектирования изделия. Начать фазу детального проектирования. (Завершение анализа результатов проектирования изделия.)

Разработка верифицированной спецификации проекта программного изделия:

формирование иерархии программных компонентов, межблочных интерфейсов по данным и управлению;

формирование физической и логической структур данных до уровня отдельных полей;

разработка плана распределения вычислительных ресурсов (времени, памяти, точности);

верификация полноты, непротиворечивости, осуществимости и обоснованности требований.

Установление и разрешение всех противоречий разработки, которые повышают степень риска.

Разработка предварительного этапа комплексирования и отладки, плана руководства для пользователей и приемных испытаний.

Закончить фазу детального проектирования. Начать фазу кодирования и автономной отладки. (Завершение сквозного контроля проекта или критического поблочного анализа проекта.)

Верифицированная детальная спецификация каждого блока:

спецификация каждой подпрограммы, имени, назначения, предположений, размеров, последовательности вызовов, ошибочных выходов, входных и выходных данных, алгоритмов и логической схемы;

описание базы данных до уровня отдельных параметров, символов и битов;

верификация полноты, непротиворечивости и соответствия требованиям проектных спецификаций системы и планам распределения ресурсов.

Одобренный план приемных испытаний.

Руководства пользователю, а также завершенный предварительный план комплексирования и отладки.

Закончить фазу копирования и отладки. Начать фазу комплексирования и отладки. (Удовлетворение критериев автономной отладки.)

Проверка работы всех блоков не только для номинальных, но также для исключительных и предельных значений.

Проверка всех вариантов ввода и вывода, включая сообщения об ошибках.

Выполнение всех операторов и всех ветвей передачи управления.

Проверка выполнения стандартов программирования.

Завершение поблочного документирования внутренней структуры.

Закончить фазу комплексирования и испытаний. Начать фазу внедрения. (Завершение анализа результатов приемных испытаний.)

Проверка удовлетворения тесту приемных испытаний программ:

проверка удовлетворения требованиям к ПО;

демонстрация приемлемости указанных в спецификациях характеристик работы в нештатных условиях.

Приёмка поставляемых программных изделий, отчетов, руководств, баз данных, спецификаций внутренней структуры.

Закончить фазу внедрения. Начать фазу эксплуатации и сопровождения. (Завершение анализа приемки системы.)

Проверка удовлетворительности результатов приемных испытаний системы.

Проверка удовлетворительности системных требований.

Проверка производственной готовности ПО, аппаратуры, средств обслуживания и персонала.

Приёмка поставляемых и входящих в систему изделий: аппаратуры, ПО, документации, средств обучения и обслуживания.

Завершение всех специфицированных работ и ввод системы в действие.

Закончить фазу эксплуатации и сопровождения (путем снятия с производства).

Выполнение всех пунктов плана снятия с производства: перенос программ, документирование, создание архива, переход к новой системе.

1.3.5 Основные работы над проектом

Анализ требований.

Проектирование изделия.

Программирование.

Планирование отладки.

Верификация и подтверждение.

Управление проектом.

Управление конфигурацией и контроль качества.

Итак, были рассмотрены три подхода к определению жизненного цикла ПО. На мой взгляд, все они имеют право на существование, так как в той или иной степени отражают практику программирования. Тем более, что легко можно обнаружить общие моменты (ставится задача – определяется система – анализируются требования; сопровождение программы – обслуживание – эксплуатация и сопровождение).

Однако, надо заметить, что определение фаз и работ ЖЦПО Боэма наиболее обоснованно, т.к. опирается на более ориентированный подход в инженерном программировании (направленный на получение качественного программного изделия и реализацию эффективного процесса разработки и сопровождения ПО) и обосновывается экономически.

Исходя из данного отчета видно как важно и необходимо знать потребности современного мира при составлении программного продукта (изделия). Важно при составлении программы для автоматизации, какой либо системы, учитывать то, что современный мир постоянно меняется, а значит должна быть способной к изменению и программа.

Важно так же, при составлении программы, учитывать то, что программа должна быть точной; полной по своему содержанию и пригодной для работы как с маленькими, так и с большими проблемами в соответствии со своим предназначением; ясной - для того чтобы пользователь мог спокойно, без затруднений работать с ней. А так же чтобы программу в любой момент можно было бы легко исправить или дополнить в соответствии с изменившимися требованиями в современном мире.

Следует помнить, что хорошее программирование – это не кодирование быстро найденного решения с помощью любой подходящей методики, а тщательно инструментированная инженерная процедура, позволяющая создать полное, точное и легко понимаемое (ясное) программное обеспечение.

1. Б.У. Боэм «Инженерное проектирование программного обеспечения». М.: Радио и связь. 1985.

2. Д.Райли. «Использование языка Модула-2». М.: Мир. 1993.

3. Ю.В. Иванов «Программы и их жизненные циклы» (реферат по дисциплине «Метрология ПО»). 1998.

Аннотация.

Введение.

1. Жизненный цикл ПО

Введение.

Шаги процесса программирования по Райли

Введение.

1.1.1. Постановка задачи.

1.1.2. Проектирование решения.

1.1.3. Кодирование алгоритма.

1.1.4. Сопровождение программы.

1.1.5. Программная документация.

Вывод к п. 1.1

1.2. Определение ЖЦПО по Леману.

Введение.

1.2.1 Определение системы.

1.2.2. Реализация.

1.2.3. Обслуживание.

Вывод к п. 1.2.

1.3. Фазы и работы ЖЦПО по Боэму

1.3.1. Каскадная модель.

1.3.2. Экономическое обоснование каскадной модели.

1.3.3. Усовершенствование каскадной модели.

1.3.4. Определение фаз жизненного цикла.

1.3.5. Основные работы над проектом.

Литература.

Введение

Промышленное применение компьютеров и растущий спрос на программы поставили актуальные задачи существенного повышения производительности разработки ПО , разработки индустриальных методов планирования и проектирования программ, переноса организационно-технических, технико-экономических и социально-психологических приемов, закономерностей и методов из сферы материального производства в сферу применения компьютеров. Комплексный подход к процессам разработки, эксплуатации и сопровождения ПО выдвинул ряд насущных проблем, решение которых исключит «узкие места» в проектировании программ, уменьшит сроки завершения работ, улучшит выбор и адаптацию существующих программ, а может быть и определит судьбу систем со встроенными ЭВМ.

В практике разработок больших программных проектов зачастую отсутствует единый подход к оцениванию затрат труда, сроков проведения работ и материальных затрат, что сдерживает повышение производительности разработки ПО, а в конечном счете – эффективное управление жизненным циклом ПО. Поскольку программа любого типа становится изделием (кроме, может быть, учебных, макетных программ), подход к ее изготовлению во многом должен быть аналогичен подходу к производству промышленной продукции, и вопросы проектирования программ становятся чрезвычайно важными. Эта идея лежит в основе книги Б.У. Боэма «Инженерное проектирование программного обеспечения», которую мы использовали при написании данной курсовой работы. В этой книге под проектированием ПО понимается процесс создания проекта программного изделия.

1 Жизненный цикл ПО

ВВЕДЕНИЕ

ЖЦПО – это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Существует несколько подходов при определении фаз и работ жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦПО), шагов процесса программирования, каскадная и спиральная модели. Но все они содержат общие основополагающие компоненты: постановка задачи, проектирование решения, реализация, обслуживание.

Наиболее известной и полной, пожалуй, является структура ЖЦПО по Боэму, включающая восемь фаз. Она и будет представлена в дальнейшем наиболее подробно.

Одним из возможных вариантов может послужить описание верхнего уровня по Леману, включающее три основные фазы и представляющее описание ЖЦПО в самом общем случае.

И, для разнообразия, – приведем шаги процесса программирования, представленные Д.Райли в книге «Использование языка Модула-2». Это представление, по-моему, является весьма простым и привычным, с него и начнём.

1.1 Шаги процесса программирования по Райли

Процесс программирования включает четыре шага (рис. 1):

постановка задачи, т.е. получение адекватного представления о том, какую задачу должна выполнить программа;

проектирование решения уже поставленной задачи (в общем, такое решение является менее формальным, чем окончательная программа);

кодирование программы, т. е. перевод спроектированного решения в программу, которая может быть выполнена на машине;

сопровождение программы, т.е. непрекращающийся процесс устранения в программе неполадок и добавления новых возможностей.

Рис. 1.Четыре шага программирования.

Программирование начинается с того момента, когда пользователь , т.е. тот, кто нуждается в программе для решения задачи, излагает проблему системному аналитику. Пользователь и системный аналитик совместно определяют постановку задачи. Последняя затем передается алгоритмисту , который отвечает за проектирование решения. Решение (или алгоритм) представляет последовательность операций, выполнение которых приводит к решению задачи. Поскольку алгоритм часто не приспособлен к выполнению на машине, его следует перевести в машинную программу. Эта операция выполняется кодировщиком. За последующие изменения в программе несет ответственность сопровождающийпрограммист. И системный аналитик, и алгоритмист, и кодировщик, и сопровождающий программист – все они являются программистами.

В случае большого программного проекта число пользователей, системных аналитиков и алгоритмистов может оказаться значительным. Кроме того, может возникнуть необходимость вернуться к предшествующим шагам в силу непредвиденных обстоятельств. Все это служит дополнительным аргументом в пользу тщательного проектирования программного обеспечения: результаты каждого шага должны быть полными, точными и понятными.

1.1.1 Постановка задачи

Одним из наиболее важных шагов программирования является постановка задачи. Она выполняет функции контракта между пользователем и программистом (программистами). Как и юридически плохо составленный контракт, плохая постановка задачи бесполезна. При хорошей постановке задачи как пользователь, так и программист ясно и недвусмысленно представляют задачу, которую необходимо выполнить, т.е. в этом случае учитываются интересы как пользователя, так и программиста. Пользователь может планировать использование еще несозданного программного обеспечения, опираясь на знание того, что оно может. Хорошая постановка задачи служит основой для формирования ее решения.

Постановка задачи (спецификация программы ); по существу, означает точное, полное и понятное описание того, что происходит при выполнении конкретной программы. Пользователь обычно смотрит на компьютер, как на черный ящик: для него неважно, как работает компьютер, а важно, что может компьютер из того, что интересует пользователя. При этом основное внимание фокусируется на взаимодействии человека с машиной.

Характеристики Хорошей Постановки Задачи:

Точность , т.е. исключение любой неоднозначности. Не должно возникать вопросов относительно того, каким будет вывод программы при каждом конкретном вводе.

Полнота , т.е. рассмотрение всех вариантов для заданного ввода, включая ошибочный или непредусмотренный ввод, и определение соответствующего вывода.

Ясность , т.е. она должна быть понятной и пользователю и системному аналитику, поскольку постановка задачи – это единственный контракт между ними.

Часто требование точности, полноты и ясности находятся в противоречии. Так, многие юридические документы трудно понять, потому что они написаны на формальном языке, который позволяет предельно точно сформулировать те или иные положения, исключая любые самые незначительные разночтения. Например, некоторые вопросы в экзаменационных билетах иногда сформулированы настолько точно, что студент тратит больше времени на то, чтобы понять вопрос, чем на то чтобы на него ответить. Более того, студент вообще может не уловить основной смысл вопроса из-за большого количества деталей. Наилучшая постановка задачи та, при которой достигается баланс всех трех требований.

Стандартная форма постановки задачи.

Рассмотрим следующую постановку задачи: «Ввести три числа и вывести числа в порядке».

Такая постановка не удовлетворяет приведенным выше требованиям: она не является ни точной, ни полной, ни понятной. Действительно, должны ли числа вводиться по одному на строке или все числа на одной строке? Означает ли выражение «в порядке» упорядочение от большего к меньшему, от меньшего к большему или тот же порядок, в каком они были введены.

Очевидно, что подобная постановка не отвечает на множество вопросов. Если же учесть ответы на все вопросы, то постановка задачи станет многословной и трудной для восприятия. Поэтому Д. Райли предлагает для постановки задачи пользоваться стандартной формой, которая обеспечивает максимальную точность, полноту, ясность и включает:

наименование задачи (схематическое определение);

общее описание (краткое изложение задачи);

ошибки (явно перечислены необычные варианты ввода, чтобы показать пользователям и программистам те действия, которые предпримет машина в подобных ситуациях);

пример (хороший пример может передать сущность задачи, а также проиллюстрировать различные случаи).

Пример. Постановка задачи в стандартной форме.

НАЗВАНИЕ

Сортировка трех целых чисел.

ОПИСАНИЕ

Ввод и вывод трех целых чисел, отсортированных от меньшего числа к большему.

Вводятся три целых числа по одному числу на строке. При этом целым числом является одна или несколько последовательных десятичных цифр, которым может предшествовать знак плюс «+» или знак минус «–».

Выводятся три введенных целых числа, причем все три выводятся на одной строке. Смежные числа разделяются пробелом. Числа выводятся от меньшего к большему, слева направо.

1) Если введено менее трех чисел, программа ждет дополнительного ввода.

Жизненный цикл ПО

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО).

ЖЦ – это модель различных состояний программного изделия, начиная с момента возникновения необходимости в данном программном изделии и заканчивая моментом его выхода из употребления у всех пользователей.

ЖЦ баз данных пока стандартами не регламентирован – существующие стандарты относятся только к ЖЦ программных средств.

Стандарты ЖЦ ПС могут использоваться как директивные, руководящие или рекомендательные документы.

Наиболее полно ЖЦ, технология разработки и обеспечения качества ПС отражены в стандартах ISO (International Standards Organisation – Международная организация по стандартизации). Стандарт ISO 12207:1995 – «Процессы жизненного цикла программных средств» - наиболее полно отражает архитектуру, работы, организацию и управление ЖЦ ПС.

Используемые реально в фирмах модели ЖЦ ПС в последнее время изменяются относительно приведенных в стандартах в связи с внедрением и развитием объектно-ориентированного анализа и методов быстрой разработки ПП, CASE-систем и языков четвертого поколения. В новых моделях сокращаются работы по непосредственному созданию программных компонентов и детализируются работы по системному анализу и проектированию ПС и БД.

Вообще, при создании проектов ПС и обеспечении их ЖЦ целесообразно применять выборку из всей совокупности представленных стандартов (как международных, так и национальных), а имеющиеся пробелы в стандартизации заполнять стандартами де-факто и ведомственными нормативными документами.

Профиль – это совокупность нескольких базовых стандартов и других нормативных документов, предназначенная для реализации заданной функции или группы функций.

На базе одной и той же совокупности базовых стандартов могут формироваться различные профили для разных проектов.

При сертификации информационных систем как специальный вид испытаний выделяют сертификацию на соответствие профилю. И здесь следует учитывать, что в международной стандартизации ИС принята жесткая трактовка понятия профиля - считается, что основой профиля могут быть только международные и национальные утвержденные стандарты (то есть не допускается использование стандартов де-факто и нормативных документов фирм).

Исходя уже из конкретного профиля планируется написание документации. Причем для каждого этапа жизненного цикла пишется своя документация, которая в свою очередь подразделяется на виды, в зависимости от того для каких специалистов она создается.

ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO /IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO /IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

· основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);

· вспомогательные процессы , обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);

· организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала и т.д.

Разработка ПО включает в себя , как правило:

· анализ;

· проектирование;

· реализацию (программирование).

Фаза разработки начинается с анализа осуществимости проекта, а далее происходит преобразование от требований пользователя в форму, доступную для реализа­ции на компьютерах.

На эту фазу прихо­дятся, как правило, 50% стоимости ПИ и 32% трудозатрат.

Эксплуатация начинается тогда, когда изделие пере­дается пользователю, находится в действии и используется.

Включает в себя:

Работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей;

Обеспечение эксплуатационной документацией;

Проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения,

Модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Фазу сопровождения также называют фазой продолжаю­щейся разработки.

Состоит из выявления и устранения ошибок в программах и изменения их функциональных возможностей .

Практиками признано, что эта часть жизнен­ного цикла (ЖЦ) должна приниматься во внимание с момента начала разработки с целью совершенствования ПИ в соответ­ствии с потребностями пользователя.

Процесс сопровождения , продолжатся собственно параллельно эксплуатации ПИ.

Структура трудозатрат на различные виды деятельности по сопровождению такова, что на изменение функциональных возможностей ПИ уходит около 78% времени, а на выявление ошибок - 17%.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO 12207-2.

Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация - это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием , которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п.

Каждый процесс характеризуется:

определенными задачами и методами их решения,

исходными данными, полученными на предыдущем этапе,

результатами.

Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер : результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

Модели жизненного цикла ПО

Стандарт ISO/IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. (Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует). Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC 12207 описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи , включенные в эти процессы.

К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели ЖЦ:

· каскадная модель (70-85 г.г.);

· спиральная модель (86-90 г.г.).

В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ . Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем (рис. 1). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

· на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

· выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Рис. 1. Каскадная схема разработки ПО

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. В эту категорию попадают сложные расчетные системы, системы реального времени и другие подобные задачи. Однако, в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания ПО никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему:

· Выявление причин, по которым необходимо изменять проект на поздних стадиях : проверка работоспособности и реализуемости проекта приложения на ранних стадиях, как правило, не выполняется.

· Неадекватное управление рисками : риски связанные с проектом, выявляются на поздних стадиях выполнения проекта.

· Отсутствие процедуры пересмотра требований : в этой модели требования должны быть сформулированы и зафиксированы на первых стадиях разработки. Как правило, цели и задачи проекта в начале работы над проектом осознаются не полностью, и поэтому их приходится пересматривать на поздних стадиях, что приводит к значительному росту затрат на разработку и задержке выпуска продукта. Если же изменившиеся требования не учтены в проекте, заказчик не будет считать приложение отвечающим поставленным задачам.

Рис. 2 Реальный процесс разработки ПО по каскадной схеме

Итак, основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС "заморожены" в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ПО, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели (как функциональные, так и информационные) автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением.

Таким образом, в процессе создания ПО постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ПО принимал следующий вид (рис. 2):

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ (рис. 3), делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО. На нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы текущего этапа. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

В спиральной модели ЖЦ делается упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Рис. 3. Спиральная модель ЖЦ

При создании ПО может быть использована «Модель переиспользования и реверсивной инженерии».

В ней основной вес проектных решений падает на проектирование. Целью данной модели является повторное использование (переиспользование) в текущих проектах хорошо проверенных на практике «старых» проектных решений, зафиксированных в библиотеках уже законченных проектов. В процессе анализа и предварительного проектирования намечаются планы работ, в которые включены, в том числе задачи проверки альтернативных проектных решений. Затем запускаются работы по созданию запланированных прототипов по каскадной схеме. В результате выбирается одно из альтернативных решений, разрабатываемых в параллельных витках для остаточного цикла разработки продукта. Возможен выбор смешанного варианта на основе объединения результатов нескольких витков.

В случае неудачи реализованной версии возможен откат по проекту (Reengineering).

Понятие жизненного цикла программного обеспечения

Понятие жизненного цикла программного обеспечения (ЖЦ ПО) является одним из базовых в программной инженерии. Жизненный цикл определяют как период времени, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

В соответствии со стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ разделены на три группы (рис. 2.1).

Под моделью жизненного цикла ПО понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении ЖЦ. Она зависит от специфики, масштаба и сложности проекта и специфики условий, в которых система создается и функционирует. В состав жизненного цикло ПО обычно включаются следующие стадии:

1. Формирование требований к ПО.

2. Проектирование.

3. Реализация.

4.Тестирование.

5. Ввод в действие.

6. Эксплуатация и сопровождение.

7. Снятие с эксплуатации.

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ ПО:

a) каскадная и

b) спиральная (эволюционная).

Первая применялась для программ небольшого объема, представляющих собой единое целое. Принципиальной особенностью каскадного подхода является то, что переход на следующую стадию осуществляется только после того, как будет полностью завершена работа на текущей, и возвратов на пройденные стадии не предусматривается. Ее схема приведена на рис. 2.2.

Преимущества применения каскадной модели заключаются в следующем:

На каждой стадии формируется законченный набор проектной документации;

Выполняемые стадии работ позволяют планировать срок их завершения и соответствующие затраты.

Такая модель применяется для систем, к которым уже в начале разработки можно точно сформулировать все требования. К ним относятся, например, системы, в которых решаются, в основном, задачи вычислительного типа. Реальные процессы обычно имеют итерационный характер: результаты очередной стадии часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних стадиях. Таким образом, более распространенной является модель с промежуточным контролем, которая приведена на рис. 2.3.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов и, как следствие, достаточно высокий риск создания системы, не удовлетворяющей изменившимся потребностям пользователей.

Эти проблемы устраняются в спиральной модели жизненного цикла (рис. 2.4). Ее принципиальной особенность является то, что прикладное ПО создается не сразу, как в случае каскадного подхода, а по частям с использованием метода прототипирования . Под прототипом понимается действующий программный компонент, реализующий отдельные функции и внешний интерфейс разрабатываемого ПО. Создание прототипов осуществляется в несколько итераций - витков спирали.

Каскадную (эволюционную) модель можно представить в виде диаграммы, которая приведена на рисунке 2.5.

Одним из результатов применения спиральной модели ЖЦ является получивший широкое распространение способ так называемой быстрой разработки приложений , или RAD (Rapid Application Development). Жизненный цикл ПО в соответствии с этим способом включает в себя четыре стадии:

1) анализ и планирование требований;

2) проектирование;

3) реализация;

4) внедрение.

Анализ жизненного цикла программ позволяет уточнить содержание и выделить следующие процессы проектирования сложных систем.

1) Стратегия;

2) Анализ;

3) Проектирование;

4) Реализация;

5) Тестирование;

6) Внедрение;

7) Эксплуатация и техническая поддержка.

Стратегия

Определение стратегии предполагает обследование системы. Основная задача обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач, а также получение определений сущностей и функций на высоком уровне. На этом этапе привлекаются высококвалифицированные бизнес-аналитики, которые имеют постоянный доступ к руководству фирмы. Кроме того, предполагается тесное взаимодействие с основными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача такого взаимодействия - получить как можно более полную информацию о системе, однозначно понять требования заказчика и передать полученную информацию в формализованном виде системным аналитикам. Как правило, информация о системе может быть получена на основании ряда бесед (или семинаров) с руководством, экспертами и пользователями.

Итогом этапа определения стратегии становится документ, в котором четко сформулировано следующее:

Что именно причитается заказчику, если он согласится финансировать проект;

Когда он сможет получить готовый продукт (график выполнения работ);

Во сколько это ему обойдется (график финансирования этапов работ для крупных проектов).

В документе должны быть отражены не только затраты, но и выгода, например срок окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

Рассматриваемый этап жизненного цикла ПО может быть представлен в модели только один раз, особенно если модель имеет циклическую структуру. Это не означает, что в циклических моделях стратегическое планирование производится раз и навсегда. В таких моделях этапы определения стратегии и анализа как бы объединяются, а их разделение существует лишь на самом первом витке, когда руководство предприятия принимает принципиальное решение о старте проекта. В целом стратегический этап посвящен разработке документа уровня руководства предприятия.

Этап анализа предполагает подробное исследование бизнес-процессов (функций, определенных на предыдущем этапе) и информации, необходимой для их выполнения (сущностей, их атрибутов и связей (отношений)). Этот этап дает информационную модель, а следующий за ним этап проектирования - модель данных.

Вся информация о системе, собранная на этапе определения стратегии, формализуется и уточняется на этапе анализа. Особое внимание уделяется полноте полученной информации, ее анализу на непротиворечивость, а также поиску неиспользуемой или дублирующейся информации. Как правило, заказчик вначале формирует требования не к системе в целом, а к отдельным ее компонентам. И в этом конкретном случае циклические модели жизненного цикла ПО имеют преимущество, поскольку с течением времени с большой вероятностью потребуется повторный анализ, так как у заказчика зачастую аппетит приходит во время еды. На этом же этапе определяются необходимые компоненты плана тестирования.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

a) функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;

b) сущности - информация о предметах, которые имеют значение для организации и о которых что-либо известно.

При этом строятся диаграммы компонентов, потоков данных и жизненных циклов, которые описывают динамику системы. Они будут рассмотрены позднее.

Проектирование

На этапе проектирования формируется модель данных. Проектировщики обрабатывают данные анализа. Конечным продуктом этапа проектирования являются схема базы данных (если таковая существует в проекте) или схема хранилища данных (ER-модель) и набор спецификаций модулей системы (модель функций).

В небольшом проекте (например, в курсовом) одни и те же люди могут выступать в роли и аналитиков, и проектировщиков, и разработчиков. Перечисленные выше схемы и модели помогают найти, например, не описанные вообще, нечетко описанные, противоречиво описанные компоненты системы и прочие недостатки, что способствует предотвращению потенциальных ошибок.

Все спецификации должны быть очень точными. План тестирования системы также дорабатывается на этом этапе разработки. Во многих проектах результаты этапа проектирования оформляются в виде единого документа - так называемой технической спецификации. При этом широкое применение получил язык UML, который позволяет получить одновременно как документы анализа, отличающиеся меньшей детализацией (их потребители - менеджеры производства), так и документы проектирования (их потребители - менеджеры групп разработки и тестирования). Этот язык будет рассмотрен позднее. Программное обеспечение, построенное с применением UML, позволяет проще осуществить генерацию кода - как минимум иерархию классов, а также некоторые части кода самих методов (процедур и функций).

Задачами проектирования являются:

Рассмотрение результатов анализа и проверка их полноты;

Семинары с заказчиком;

Определение критических участков проекта и оценка его ограничений;

Определение архитектуры системы;

Принятие решения об использовании продуктов сторонних разработчиков, а также о способах интеграции и механизмах обмена информацией с этими продуктами;

Проектирование хранилища данных: модель базы данных;

Проектирование процессов и кода: окончательный выбор средств разработки, определение интерфейсов программ, отображение функций системы на ее модули и определение спецификаций модулей;

Определение требований к процессу тестирования;

Определение требований к безопасности системы.

Реализация

При реализации проекта особенно важно координировать группу (группы) разработчиков. Все разработчики должны подчиняться жестким правилам контроля исходных текстов. Они, получив технический проект, начинают писать код модулей. Основная задача разработчиков состоит в том, чтобы уяснить спецификацию: проектировщик написал, что надо сделать, а разработчик определяет, как это сделать.

На этапе разработки осуществляется тесное взаимодействие проектировщиков, разработчиков и групп тестировщиков. В случае интенсивной разработки тестировщик буквально неразлучен с разработчиком, фактически становясь членом группы разработки.

Чаще всего на этапе разработки меняются интерфейсы пользователя. Это обусловлено периодической демонстрацией модулей заказчику. Он также может существенно изменять запросы к данным.

Этап разработки сопряжен с этапом тестирования, и оба процесса идут параллельно. Синхронизирует действия тестеров и разработчиков система bug tracking.

Ошибки должны быть классифицированы согласно приоритетам. Для каждого класса ошибок должна быть определена четкая структура действий: «что делать», «как срочно», «кто ответственен за результат». Каждая проблема должна отслеживаться проектировщиком/разработчиком/тестировщиком, отвечающим за ее устранение. То же самое касается ситуаций, когда нарушаются запланированные сроки разработки и передачи модулей на тестирование.

Кроме того, должны быть организованы хранилища готовых модулей проекта и библиотек, которые используются при сборке модулей. Это хранилище постоянно обновляется. Контролировать процесс обновления должен один человек. Одно хранилище создается для модулей, прошедших функциональное тестирование, второе - для модулей, прошедших тестирование связей. Первое - это черновики, второе - то, из чего уже можно собирать дистрибутив системы и демонстрировать его заказчику для проведения контрольных испытаний или для сдачи каких-либо этапов работ.

Тестирование

Группы тестирования могут привлекаться к сотрудничеству уже на ранних стадиях разработки проекта. Обычно комплексное тестирование выделяют в отдельный этап разработки. В зависимости от сложности проекта тестирование и исправление ошибок может занимать треть, половину общего времени работы над проектом и даже больше.

Чем сложнее проект, тем больше будет потребность в автоматизации системы хранения ошибок - bug tracking, которая обеспечивает следующие функции:

Хранение сообщения об ошибке (к какому компоненту системы относится ошибка, кто ее нашел, как ее воспроизвести, кто отвечает за ее исправление, когда она должна быть исправлена);

Система уведомления о появлении новых ошибок, об изменении статуса известных в системе ошибок (уведомления по электронной почте);

Отчеты об актуальных ошибках по компонентам системы;

Информация об ошибке и ее история;

Правила доступа к ошибкам тех или иных категорий;

Интерфейс ограниченного доступа к системе bug tracking для конечного пользователя.

Подобные системы берут на себя множество организационных проблем, в частности вопросы автоматического уведомления об ошибках.

Собственно тесты систем принято подразделять на несколько категорий:

a) автономные тесты модулей; они используются уже на этапе разработки компонентов системы и позволяют отслеживать ошибки отдельных компонентов;

b) тесты связей компонентов системы; эти тесты также используются и на этапе разработки, они позволяют отслеживать правильность взаимодействия и обмена информацией компонентов системы;

c) системный тест ; он является основным критерием приемки системы; как правило, это группа тестов, включающая и автономные тесты, и тесты связей и модели; такой тест должен воспроизводить работу всех компонентов и функций системы; его основная цель - внутренняя приемка системы и оценка ее качества;

d) приемосдаточный тест ; основное его назначение - сдать систему заказчику;

e) тесты производительности и нагрузки ; эта группа тестов входит в системный, именно она является основной для оценки надежности системы.

В каждую группу обязательно входят тесты моделирования отказов. Они проверяют реакцию компонента, группы компонентов, а также системы в целом на следующие отказы:

Отдельного компонента информационной системы;

Группы компонентов системы;

Основных модулей системы;

Операционной системы;

Жесткий сбой (отказ питания, жестких дисков).

Эти тесты позволяют оценить качество подсистемы восстановления корректного состояния информационной системы и служат основным источником информации для разработки стратегий предотвращения негативных последствий сбоев при промышленной эксплуатации.

Еще одним важным аспектом программы тестирования информационных систем является наличие генераторов тестовых данных. Они используются для проведения тестов функциональности, надежности и производительности системы. Задачу оценки характеристик зависимости производительности информационной системы от роста объемов обрабатываемой информации без генераторов данных решить невозможно.

Внедрение

Опытная эксплуатация перекрывает процесс тестирования. Система редко вводится полностью. Как правило, это процесс постепенный или итерационный (в случае циклического жизненного цикла).

Ввод в эксплуатацию проходит как минимум три стадии:

2) накопление информации;

3) выход на проектную мощность (то есть собственно переход к этапу эксплуатации).

В период накопления информации в информационной системе выявляется наибольшее количество ошибок, связанных с многопользовательским доступом. Вторая категория исправлений связана с тем, что пользователя не устраивает интерфейс. При этом циклические модели и модели с обратной связью этапов позволяют снизить затраты. Рассматриваемый этап является также наиболее серьезным тестом - тестом одобрения пользователем (customer acceptance tests).

Выход системы на проектную мощность в хорошем варианте - это доводка мелких ошибок и редкие серьезные ошибки.

Эксплуатация и техническая поддержка

На этом этапе последним документом для разработчиков является акт технической приемки. Документ определяет необходимый персонал и требуемое оборудование для поддержки работоспособности системы, а также условия нарушения эксплуатации продукта и ответственность сторон. Помимо этого обычно в виде отдельного документа оформляются условия технической поддержки.

Понятие «жизненный цикл» предполагает нечто рождаю­щееся, развивающееся и умирающее. Подобно живому организму программные изделия создаются, эксплуатируются и развиваются во времени.

Жизненный цикл программного обеспечения включает в себя все этапы его развития: от возникновения потребности в нем до полного прекращения его использования вследствие морального старения или потери необходимости решения соответствующих задач.

Можно выделить несколько фаз существования программного изделия в течение его жизненного цикла. Общепринятых названий для этих фаз и их числа пока еще нет. Но и особых разногласий по этому вопросу нет. Поэтому существует несколько вариантов разбиения жизненного цикла программного обеспечения на этапы. Вопрос о том, лучше ли данное конкретное разбиение, чем другие, не является основным. Главное, необходимо пра­вильно организовать разработку программного обеспечения с их учетом.

По длительности жизненного цикла программные изделия можно разделить на два класса: с малым и большим временем жизни. Этим классам программ соответствуют гибкий (мягкий) подход к их созданию и использованию и жесткий промыш­ленный подход регламентированного проектирования и эксплуа­тации программных изделий. В научных организациях и вузах, например, преобладают разработки программ первого класса, а в проектных и промышленных организациях - второго.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации создаются в основном для решения научных и инженерных задач, для получения конкретных результатов вычислений. Такие прог­раммы обычно относительно невелики. Они разрабатываются одним специалистом или маленькой группой. Главная идея программы обсуждается одним программистом и конечным пользователем. Некоторые детали заносятся на бумагу, и проект реализуется в течение нескольких дней или недель. Они не предназначены для тиражирования и передачи для последующего использования в другие коллективы. По существу, такие прог­раммы являются частью научно-исследовательской работы и не могут рассматриваться как отчуждаемые программные изделия.

Их жизненный цикл состоит из длительного интервала сис­темного анализа и формализации проблемы, значительного этапа проектирования программ и относительно небольшого времени эксплуатации и получения результатов. Требования, предъяв­ляемые к функциональным и конструктивным характеристикам, как правило, не формализуются, отсутствуют оформленные испытания программ. Показатели их качества контролируются только разработчиками в соответствии с их неформальными представлениями.

Программные изделия с малой длительностью эксплуатации

Сопровождение и модификация таких программ не обязатель­ны, и их жизненный цикл завершается после получения резуль­татов вычислений. Основные затраты в жизненном цикле таких программ приходятся на этапы системного анализа и проектирования, которые продолжаются от месяца до 1…2 лет, в результате

чего жизненный цикл программного изделия редко превышает 3 года.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации создаются для регулярной обработки информации и управления. Структура таких программ сложная. Их размеры могут изменяться в широких пределах (1...1000 тыс. команд), однако все они обладают свойствами познаваемости и возможности модифи­кации в процессе длительного сопровождения и использования различными специалистами. Программные изделия этого класса допускают тиражирование, они сопровождаются документацией как промышленные изделия и представляют собой отчуждаемые от разработчика программные продукты.

Программные изделия с большой длительностью эксплуатации

Их проектированием и эксплуатацией занимаются большие коллективы специалистов, для чего необходима формализация программной системы, а также формализованные испытания и определение достигнутых показателей качества конечного про­дукта. Их жизненный цикл составляет 10...20 лет. До 70...90 % этого времени приходится на эксплуатацию и сопровождение. Вследствие массового тиражирования и длительного сопровождения совокупные затраты в процессе эксплуатации и сопровождения таких программных изделий значительно превышают затраты на системный анализ и проектирование.

Все последующее изложение акцентирует внимание на теме разработки крупных (сложных) программных средств управления и обработки информации.

Обобщенная модель жизненного цикла программного изделия может выглядеть так:

I . Системный анализ:

а) исследования;

б) анализ осуществимости:

Эксплуатационной;

Экономической;

Коммерческой.

II . Проектирование программного обеспечения:

а) конструирование:

Функциональная декомпозиция системы, ее архитектура;

Внешнее проектирование программного обеспечения;

Проектирование базы данных;

Архитектура программного обеспечения;

б) программирование:

Внутреннее проектирование программного обеспечения;

Внешнее проектирование программных модулей;

Внутреннее проектирование программных модулей;

Кодирование;

Отладка программ;

Компоновка программ;

в) отладка программного обеспечения.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения.

IV . Использование программного обеспечения:

а) эксплуатация;

б) сопровождение.

I . Системный анализ. В начале разработки программного обеспечения проводят системный анализ (предварительное его проектирование), в ходе которого определяются потребность в нем, его назначение и основные функциональные характе­ристики. Оцениваются затраты и возможная эффективность применения будущего программного изделия.

На этом этапе составляется перечень требований, то есть четкое определение того, что пользователь ожидает от готового продукта. Здесь же осуществляется постановка целей и задач, ради реализации которых и разрабатывается сам проект. В фазе систем­ного анализа можно выделить два направления: исследование и анализ осуществимости.

Исследования начинаются с того момента, когда руководитель разработки осознает потребность в программном обеспечении.

Работа состоит в планировании и координации действий, необходимых для подготовки формального рукописного перечня требований к разрабатываемому программному изделию.

Исследования заканчиваются тогда, когда требования сформи­рованы в таком виде, что становятся обозримыми и при необ­ходимости могут быть модифицированы и одобрены ответствен­ным руководителем.

Анализ осуществимости есть техническая часть исследований и начинается тогда, когда намерение руководства окрепнет настолько, что назначается руководитель проекта, организующий проектирование и распределение ресурсов (рабочей силы).

Работа заключается в исследовании предполагаемого прог­раммного изделия с целью получения практической оценки возможности реализации проекта, в частности определяются:

- осуществимость эксплуатационная , будет ли изделие доста­точно удобно для практического использования?

- осуществимость экономическая , приемлема ли стоимость разрабатываемого изделия? Какова эта стоимость? Будет ли изделие экономически эффективным инструментом в руках пользователя?

- осуществимость коммерческая, будет ли изделие привлека­тельным, пользоваться спросом, легко устанавливаемым, прис­пособленным к обслуживанию, простым в освоении?

Эти и другие вопросы необходимо решать главным образом при рассмотрении указанных выше требований.

Анализ осуществимости заканчивается, когда все требования собраны и одобрены.

Прежде чем продолжить дальнейшую работу над проектом необходимо удостовериться, что вся необходимая информация получена. Эта информация должна быть точной, понятной и осуществимой. Она должна представлять собой полный комплекс требований удовлетворяющих пользователя к разрабатываемому программному продукту, оформляемый в виде спецификации.

При несоблюдении данного требования можно значительно замедлить реализацию проекта в будущем вследствие много­кратного повторного обращения к пользователю за уточнением неверно трактованных деталей, неоговоренных условий и, как следствие, потребуется переделка уже разработанных его частей.

Часто в период системного анализа принимается решение о прекращении дальнейшей разработки программного обеспе­чения.

II . Проектирование программного обеспечения. Проектиро­вание является основной и решающей фазой жизненного цикла программного обеспечения, во время которого создается и на 90% приобретает свою окончательную форму программное из­делие.

Эта фаза жизни охватывает различные виды деятельности проекта и может быть разделена на три основных этапа: конст­руирование, программирование и отладку программного из­делия.

Конструирование программного обеспечения обычно начи­нается ещё в фазе анализа осуществимости, как только оказы­ваются зафиксированными на бумаге некоторые предварительные цели и требования к нему.

К моменту утверждения требований работа в фазе конст­руирования будет в самом разгаре.

На этом отрезке жизни программного обеспечения осу­ществляют:

Функциональную декомпозицию решаемой задачи, на основе которой определяется архитектура системы этой задачи;

Внешнее проектирование программного обеспечения, вы­ражающееся в форме внешнего взаимодействия его с поль­зователем;

Проектирование базы данных, если это необходимо;

Проектирование архитектуры программного обеспечения - определение объектов, модулей и их сопряжения.

Программирование начинается уже в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты программного изделия, но не ранее утверждения соглашения о требованиях. Перекрытие фаз прог­раммирования и конструирования приводит к экономии общего времени разработки, а также к обеспечению проверки пра­вильности проектных решений, и в некоторых случаях влияет на решение ключевых вопросов.

На этом этапе выполняется работа, связанная со сборкой программного изделия. Она состоит в подробном внутреннем конструировании программного продукта, в разработке внут­ренней логики каждого модуля системы, которая затем выра­жается текстом конкретной программы.

Фаза программирования завершается, когда разработчики закончат документирование, отладку и компоновку отдельных частей программного изделия в одно целое.

Отладка программного обеспечения осуществляется после того, когда все его компоненты будут отлажены по отдельности и собраны в единый программный продукт.

III . Оценка (испытания) программного обеспечения. В этой фазе программное изделие подвергается строгому системному испы­танию со стороны группы лиц, не являющихся разработчиками.

Это делается для того, чтобы гарантировать, что готовое программное изделие удовлетворяет всем требованиям и спецификациям, может быть использовано в среде пользователя, свободно от каких-либо дефектов и содержит необходимую документацию, которая точно и полно описывает программное изделие.

Фаза оценки начинается, как только все компоненты (мо­дули) собраны вместе и испытаны, т.е. после полной отладки готового программного продукта. Она заканчивается после полу­чения подтверждения, что программное изделие прошло все испытания и готово к эксплуатации.

Она продолжается так же долго, как и программирование.

IV . Использование программного обеспечения. Если системный анализ - сигнал к бою, проектирование - атака и возвращение с победой, то использование программного изделия -это ежедневная оборона, жизненно необходимая, но обычно не почетная для разработчиков.

Такое сравнение уместно ввиду того, что во время исполь­зования программного изделия исправляются ошибки, вкрав­шиеся в процессе его проектирования.

Фаза использования программного изделия начинается тогда, когда изделие передается в систему распределения.

Это то время, в течение которого изделие находится в действии и используется эффективно.

В это время выполняются обучение персонала, внедрение, настройка, сопровождение и, возможно, расширение прог­раммного изделия - так называемое продолжающееся проек­тирование.

Фаза использования заканчивается, когда изделие изымается из употребления и упомянутые выше действия прекращаются. Отметим, однако, что программное изделие может долго приме­няться кем-либо еще и после того, как фаза использования в том виде, как она определена здесь, завершится. Потому что этот некто может плодотворно использовать программное изделие у себя даже без помощи разработчика.

Использование программного продукта определяется его эксплуатацией и сопровождением.

Эксплуатация программного изделия заключается в испол­нении, функционировании его на ЭВМ для обработки инфор­мации и в получении результатов, являющихся целью его соз­дания, а также, в обеспечении достоверности и надежности выдаваемых данных.

Сопровождение программного обеспечения состоит в эксплу­атаци­ он­ ном обслуживании, развитии функциональных возможностей и повышении эксплуатационных характеристик прог­рам­ мно­ го изделия, в тиражировании и переносе программного изделия на различные типы вычислительных средств.

Сопровождение играет роль необходимой обратной связи от этапа эксплуатации.

В процессе функционирования программного обеспечения возможно обнаружение ошибок в программах, и появляется необходимость их модификации и расширения функций.

Эти доработки, как правило, ведутся одновременно с эксплу­атацией текущей версии программного изделия. После проверки подготовленных корректировок на одном из экземпляров прог­рамм очередная версия программного изделия заменяет ранее эксплуатировавшиеся или некоторые из них. При этом процесс эксплуатации программного изделия может быть практически непрерывным, так как замена версии программного изделия является кратковременной. Эти обстоятельства приводят к тому, что процесс эксплуатации версии программного изделия обычно идет параллельно и независимо от этапа сопровождения.

Перекрытие между фазами жизненного цикла программного изделия

Возможны и обычно желательны перекрытия между разными фазами жизненного цикла программного изделия. Однако не должно быть никакого перекрытия между несмежными про­цессами.

Возможна обратная связь между фазами. Например, во время одного из шагов внешнего проектирования могут быть обна­ружены погрешности в формулировке целей, тогда нужно не­медленно вернуться и исправить их.

Рассмотренная модель жизненного цикла программного изде­лия с некоторыми изменениями, может служить моделью и для малых проектов.

Например, когда проектируется единственная программа, то часто обходятся без проектирования архитектуры системы и

проектирования базы данных; процессы исходного и детального внешнего проектирования зачастую сливаются воедино и т.п.